| 标题 | 固封极柱设计制作中应注意的相关事项 |
| 范文 | 史纪平 摘 要：固封极柱设计制作中需注意的相关事项，解决固封极柱容易出现的击穿、开裂、温升等问题，保证产品质量的可靠性。 关键词：固封极柱;APG工艺;温升;开裂 1 概述 真空断路器根据真空灭弧室外绝缘的发展经历分为三个阶段：空气绝缘、复合绝缘和固封极柱绝缘。空气绝缘和复合绝缘由于灭弧室或高压带电部件裸露在空气中，绝缘水平受环境影响比较大，而固封极柱绝缘采用APG工艺，利用环氧树脂将真空灭弧室及上下出线包封固定，使灭弧室及上下出线与环氧组成一个整体，绝缘水平受外部环境影响小。 固封极柱具有绝缘水平高、环境影响小、尺寸精度，装配简便等优点，且结构紧凑、体积小重量轻，推动了真空断路器小型化，因此得到了快速的推广及发展。 固封极柱具有很多优点，在制作时也对真空灭弧室、上下出线选用、环氧配方、加工工艺等提出了更高的要求，因此在固封极柱设计制作时要引起高度重视。 2 真空灭弧室选用 APG技术在固封极柱中的应用，使得灭弧室外部绝缘得到保证，因此在同电压等级及同电流规格时，灭弧室体积可以做得更小，但对灭弧室的外壳、屏蔽、动静触头结构等也提出特殊要求。 固封极柱真空灭弧室、上下出线均包封在环氧树脂中，决定其散热条件相对恶劣，解决温升便成了固封极柱的难点，因此减小灭弧室的接触电阻及固封极柱的回路电阻成了灭弧室制造的难点。 APG工艺决定了固封极柱制作过程中长时间高温对灭弧室产生的影响，即灭弧室在8～12小时内受140～160℃高温烘烤后，其电气机械性能及寿命不降低。 为保证真空断路器的电气及机械性能。选用结构合理，性能优良的真空灭弧室就显得尤为重要。 3 上下出线选用 由于固封极柱结构的要求，使得上下出线形状复杂，且包封在环氧树脂中，设计中应考虑上下出线与环氧树脂结合的要求，增大圆弧过渡，减少形状突变及尖角棱角，避免环氧树脂固化后内应力集中而造成产品开裂，同时对上下出线与环氧树脂接触的表面进行喷砂处理，增大与环氧树脂的界面结合度，避免界面间形成空腔，影响产品的绝缘及局部放电水平，甚至造成产品开裂。 4 环氧树脂配方选择 固封极柱中环氧树脂既作为外绝缘，也作为整个部件的支撑件，就必须要满足电气性能及机械性能要求。另外，固封极柱上下出线及灭弧室包封在环氧树脂中，各种材料的膨胀系数不同，环氧固化时容易产生内应力造成开裂。这就要求环氧配方选择时，除保障产品绝缘性能和机械性能外，还要有较高的抗开裂性。同时环氧树脂配方在固化反应中放热峰要平缓，收缩率低，便于工艺控制，降低固化物产生的内应力。 固封极柱在带电运行中灭弧室和上下出线温度会升高，温度的变化会对环氧树脂的绝缘及机械性能造成一定影響。玻璃化温度（Tg）作为衡量环氧树脂热性能指标的参数，它与材料的力学性能相关。选择合理的Tg值有利于减少制品的内应力，提高环氧包封层的抗开裂性。 5 缓冲层选择及粘接问题 灭弧室外壳与环氧树脂的膨胀系数不同，在制作过程中会产生内应力引起产品开裂，因而在灭弧室与环氧树脂之间包一层柔性材料作为缓冲层，减小内应力，防止产品因内应力开裂。 缓冲材料要有较高的绝缘强度及韧性，还要耐高温。能起到缓冲的作用，又不会因高温老化而使绝缘降低。缓冲层的引入，使得灭弧室外绝缘变成了陶瓷、缓冲层和环氧树脂三种材料构成的复合绝缘。三种材料介电常数不同，在试验或运行中会发生不同绝缘介质层间放电，造成绝缘加速老化甚至击穿。 解决灭弧室外壳与缓冲层，缓冲层与环氧树脂界面之间粘结强度问题，在固封极柱制作中应引起高度重视。这就需要引入一种粘接剂，使各种界面之间能够可靠粘接，让复合绝缘成为一个整体以保证绝缘的可靠性。不同材质界面间的粘结问题处理不好，产品在试验或运行中会发生界面间放电，甚至将灭弧室击穿。 6 固封极柱防开裂 固封极柱开裂是一种常见问题。由于环氧树脂、灭弧室外壳、上下出线的膨胀系数不同，如果环氧固化时产生较大的内应力会导致开裂，另外动热稳定冲击、分合闸操作振动、环境温度的变化等也会造成开裂。 解决开裂问题除了要做好上下出线、环氧树脂配方、缓冲层的选择及粘接外，还要有合理的产品结构及模具设计，制作工艺的选择也尤为重要。 7 制作工艺选择 APG工艺是首先将环氧树脂等物料在混料罐中混合均匀，经真空脱气处理后在一定压力下将混合料注射进入模腔，混合料在模腔内均匀缓慢上升，使模腔内空气排出的同时充满整个模腔，混合料在较高的模温下与模壁接触后迅速固化，然后逐渐向内部延伸，从注料到脱模期间注射口始终对模腔保持一定压力，不断对模腔进行补缩，从而使制件具有优异的机械、电气性能。 为适应APG工艺要求，工艺选择时应根据不同材料“粘度—时间曲线”、“粘度—温度曲线”、“凝胶时间—温度曲线”制定合理的配料温度、贮存时间、注射压力、模具温度及初固化时间、后固化温度和时间，保证环氧体系能够固化反应完全，达到制品需要的机械及电气性能等要求。还要根据季节温度的不同，做好后固化完成后的降温要求，防止产品因急剧降温内应力集中导致开裂。 8 结语 固封极柱作为断路器的核心部件，主要由真空灭弧室、上下出线、环氧树脂采用APG工艺制作而成，其具有绝缘可靠、体积小重量轻、尺寸精准、组装简单、受环境影响小等优点。为了保证产品质量的可靠性，解决产品易出现的击穿、开裂、温升等问题，从设计到制作，要解决好文中提到的相关注意事项，才能保证产品质量满足断路器使用要求，确保产品带电运行安全可靠。 参考文献： [1]李建基.固封极柱技术在真空断路器中的应用[J].大众用电，2005（4）：21-22. [2]徐向前.环氧树脂压力注射成型工艺_APG_的推广应用.华通技术，1998（4）. [3]李禹生，郝逢南.真空断路器固封极柱浇注工艺[J].电工技术，2008（1）：61-62. |
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